Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
среднему квадрату напряжения шума на источнике теплового шума с
сопротивлением Rs. На низких частотах доминирующий источник шума в
транзисторе связан с поверхностными эффектами, которые обусловливают
возрастание шума по закону 1//. На средних и высоких частотах шум-фактор
описывается выражением [45 ]
NF = 1 -1- ГЬ 4- Г° 4- U - ао) П ~t~ U - ао)~Х (///а)2] (Rs ГЪ + Те)2 "Г
Rs 2а9reRs
(86)
Из выражения (86) видно, что на средних частотах при / < fa шум-фактор
примерно постоянен' и определяется rb, re, (1 - ог0) и Rs. Существует
оптимальное значение RSt которое находится из условия d (NF)/dRs = 0.
Минимальный шум-фактор обозначают NFmm. Для создания малошумящих приборов
очень важно снизить величину (1 - а0), или, что то же самое, повысить а0.
На высоких частотах, превышающих критическую частоту / ==
= У 1 - а0/а> шум-фактор возрастает примерно как квадрат частоты, т. е.
как /2.
3.3.3. Геометрия и характеристики приборов
Простейший биполярный транзистор с полосковыми базовыми контактами
показан на рис. 17. В настоящее время все биполярные СВЧ-транзисторы
имеют планарную конструкцию, а большинство из них представляют собой
кремниевые п-р-п-транзисторы. По геометрии их можно подразделить на три
основные конфигурации (рис. 22) [46 ]: встречноштыревые, многоэмнгтерные
и ячеистые. Как уже говорилось выше, из-за падения напряжения вдоль
перехода база-эмиттер эмиттерный ток в основном про-
176
Глава 3
текает по периферии эмиттера-. Следовательно, и способность биполярного
транзистора пропускать большой ток тем выше, чем больше длина эмиттера.
Все конфигурации, представленные на рис. 22, имеют большое отношение
периметра эмиттера к его площади.
Во всех конструкциях транзисторов для образования омических контактов к
эмиттеру, базе и коллектору использован процесс финишной металлизации.
Особо важную роль процесс металлизации играет в технологии транзисторов с
балочными выводами 19, 47 ]. На рис. 23 показан кремниевый
высокочастотный транзистор с балочными выводами и полосковой геометрией
базовых контактов, как в транзисторе, показанном на рис. 17.
Металлические выводы толщиной ~10 мкм выполняют роль держателя
кремниевого кристалла и одновременно служат электрическими контактами.
Технология приборов с балочными выводами позволяет получить исключительно
высокую надежность и хорошие электрические характеристики,
Для уменьшения расстояния между электродами базы и эмиттера были созданы
транзисторы со ступенчатыми выводами
В
А
гШШШШ
5
6
1
А
гаг
1ег^э
If
lF-гГ-З
Е И ЭI
T-qJ
В
U
в
il
с
I-------------------1
Разрез no A~/1
I________________i
Разрез no B~B
11
Разрез no C~C
Окисел
Диффузионный эмиттер
Диффузионная 5аза р+- типа
Рис. 22. Три конфигурации СВЧ-транзисторов [46]. а - встречноштыревая; б
- миогоэмиттерная; в - ячеистая.
Биполярные транзисторы
177
База Балочный бывод
Окисел
Коллектор Балочный дывос?
Змиттер
Балочный вшдод окисел
___ Коллектор
°1ъе""ый ЗЛиткремн1Т(tm)й Кремниевый
кристалл
Змиттер
Коллектор
Рис. 23. Транзистор с балочными выводами [9].
а - в разрезе; б - вид сверху.
(рис. 24, а) [48]. При помощи селективного травления поликри-
сталлического кремния получают электроды в форме обратной трапеции.
Боковые ребра обратных трапеций образуют изолирующие слои между
напыленными выводами базы и эмиттера. Расстояние между диффузионным слоем
эмиттера и контактом к базе может быть уменьшено до 0,4 мкм и менее;
частота отсечки в этом случае составляла 8,4 ГГц.
Другая усовершенствованная конструкция СВЧ-транзистора, в котором
активная и пассивная области базы сформированы разными допускающими
независимую оптимизацию процессами, приведена на рис. 24, б [49]. За счет
уменьшения эффективной ширины эмиттера и сопротивления базы достигается
высокая частота отсечки и низкий шум-фактор. На рис. 25 приведены
коэффициент усиления по мощности и другие показатели качества такого
транзистора. Результаты получены из измерений s-параметров. Коэффициент
однонаправленного усиления U в соответствии с формулой (84) изменяется по
закону /~2. Экстраполируя
178
Глава 3
4 мкм Шаг
Эмиттер
База
, Металл . Лоликремний
•Si02 +Si3 N4
-г-> Л" .... J у-А W-V-*
V т. п+ I , Р + * Л * 1 п+п р+ п+
икм п+~ подложка
\ 0,4> * \ ^ f,5,V!Kfi,
а
Пассивная база
Эмиттер Раза
[¦*- Ширина эмиттера. Активная
Металл
Зпитаксиальньш п- слой
п+- подложка
6
Рис. 24. Транзистор со ступенчатыми электродами (а) и с имплантированной
базой (б) 149].
зависимость до V - 1 (0 дБ), получим, что у исследуемого С.ВЧ-транзистора
/макс составляет 25 ГГц. Коэффициент максимального усиления G0MaKC и
коэффициент усиления потоку в схеме с общим эмиттером hfe зависит от
частоты по закону /~2. Частота отсечки /у, определяемая из условия hfe =
1 (0 дБ), оказалась выше 5 ГГц. Минимальный шум-фактор увеличивается с 1
дБ при 1 ГГц до 4 дБ при 8 ГГц.
На рис. 26 приведена зависимость выходной СВЧ-мощности от частоты при
